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航空与航天
1.8.5 飞船在空间轨道上交会和对接

飞船在空间轨道上交会和对接

载人航天飞船的成功发射和安全返回,是人类掌握空间技术的伟大胜利。但是人类要在空间有所作为,必须发展以飞船在空间交会、对接为基本内容的在轨技术。那么两艘飞船在空间运行,怎样才能进行交会对接呢?必须具备两个基本条件:

第一,两艘飞船在茫茫太空,能互相寻得着;第二,两艘飞船中至少有一艘拥有变轨发动机,能产生动力改变其轨道。

如果在空间轨道上已有一艘飞船在运行,地面要发射一艘飞船与之交会和对接,其过程是这样的:地面跟踪雷达站首先要精确测量空间飞船的轨道,然后根据这个轨道选择待发飞船的发射时间和最迫近空间飞船的运行轨道。待发飞船应在规定时间内追上它。按照所选择的发射时间,把第二艘飞船送入与第一艘飞船同一轨道面和相近高度的轨道,接着根据地面跟踪站的指令,启动姿态控制和机动飞行变轨火箭发动机,逐步改变轨道并向第一艘飞船接近。

确定距离时,飞船就启用船上自带的交会用探索雷达,用电磁波进行空间搜索。当搜索到空间那艘飞船时,自动转入对它的跟踪,同时通过飞船自载的自动驾驶仪把飞船导向已在轨的空间飞船。当两飞船的距离近到只有数十千米时,航天员已能看到目标飞船上高强度灯光信标,于是可转用光学跟踪仪对目标飞船跟踪并向对方进一步靠拢。如果两艘飞船之间的距离小到20~30米时,就认为两船已完成空间交会任务了。接着就可进行对接。这时航天员应调整飞船的姿态,使其对接舱对准目标飞船的对接舱的接合环,启动机动火箭发动机以实现对接。对接时两飞船的相对速度很小,一般横向不超过0.1米/秒,纵向不大于5米/秒。

飞船在地球轨道上高速运行,对飞船的操纵、控制和指挥都十分复杂,要采取循序前进的方法来进行交会、对接和变轨飞行。目前美俄两国掌握空间飞船的对接技术已经非常成熟。例如,“和平号”航天站主体舱和多种专用舱飞船进行自动对接,组成了轨道复合体。“联盟号”载人飞船和“进步号”货运飞船还定期和该复合体进行对接,运送轮班航天员和各种货物,实际上使该复合体变成了一个太空实验基地。据分析,飞船在空间轨道的交会对接技术,在推动空间技术的发展方面的作用是无限的,可以用它来组建太空村镇和城市。

熟练掌握以飞船空间对接交会为主要内容的空间在轨技术,包括航天员空间长期飞行和到开放空间活动、多艘飞船在空间编队飞行、两航天站之间穿梭摆渡飞行等,是空间技术发展的高级阶段。

1986年3月13日,苏联“联盟T-15号”飞船载着航天员列·基齐姆和弗·索洛维夫进入地球轨道后,连续实现了一系列在轨技术。3月15日首先与“和平号”航天站对接,两名航天员对航天站进行了调试,并且卸下了“进步”25号和26号两艘货运飞船送来的仪器和其它物质。5月5日,“联盟T-15号”飞船与“和平—进步26号”复合体脱离对接,好像是一辆太空公共汽车,又载着这两名航天员飞向“礼炮7号”航天站。5月6日与“礼炮7号—宇宙1686”复合体对接。航天员进入该复合体,执行了多项考察和科学实验任务,并且多次来到开放空间,试验在太空组装大型结构的方法。直到6月25日,“联盟T-15号”飞船与“礼炮7号—宇宙1686”复合体脱离对接。带着部分科学仪器,两航天员又乘飞船回航“和平号”航天站,27日与“和平号”航天站对接并继续对航天站的结构部件和各系统进行全面试验,安装了从“礼炮7号—宇宙1686”复合体运来的和两艘货运渡船送来的仪器和设备。时至7月16日,“联盟T-15号”飞船又与“和平号”复合体脱离对接,结束历时4个月的太空穿梭飞行、运输安装和太空考察、科学试验任务,载着两名航天员回到地面。这次太空航行,大大丰富和发展了空间在轨技术的内容,其经验有利于载人空间技术的发展,对于今后在轨道建造大型结构物,例如建造空间平台、空间工厂和大型空间太阳能电站以及建设大型空间人类居住地,都是不可缺少的;对于处于危险之中的航天飞船、航天站或其它飞行器的乘员提供救援帮助,也是十分重要的。